122 Gewichtskraft bedeutet allgemein, wie stark etwas von einem anderen Objekt angezogen wird. Das 3. Newtonsche Gesetz besagt, dass Kräfte paarweise auftreten (siehe Kap. 12.6). Erde und Tisch ziehen einander gegenseitig mit derselben Kraft an. Die Erde wiegt also immer genau so viel wie der Tisch. Ein Beispiel: Ein Tisch mit 20 kg wird von der Erde mit 200 N angezogen. Umgekehrt zieht der Tisch die Erde mit 200 N an! In diesem Fall wiegt also „die Erde am Tisch“ 200 N! Du kannst das Experiment sogar selbst durchführen! Du musst dazu nur einen Tisch verkehrt auf den Boden legen. Zur Messung der Kraft kannst du eine mit Newton angeschriebene Waage dazwischen legen! Die Gewichtskraft ist zahlenmäßig immer 10mal so groß wie die Masse. Umgekehrt ist also die Masse zahlenmäßig immer 1/10 des Gewichts. 1000 N ist also die Gewichtskraft einer Masse von 100 kg. Richtig wäre „Ich bin 40 kg schwer!“ oder für Besserwisser „Ich habe ein Gewicht von 400 N!“. Auf den Schildern steht ja immer die Masse und nicht das Gewicht. Deshalb ist die Bezeichnung Gewichtsbeschränkung physikalisch gesehen nicht astrein. 12 t (12.000 kg) erzeugen zum Beispiel eine Gewichtskraft von 120.000 N. Richtig könnte man zum Beispiel „maximale Belastung mit 12 t“ oder „Fahrverbot für Fahrzeuge über 12 t“ sagen. Die Begriffe links und rechts sind willkürlich gewählt. Es ist unmöglich, einem Alien am Telefon diese Begriffe klarzumachen, zum Beispiel weil auch Norden und Süden oder der Uhrzeigersinn willkürlich gewählt sind. Oben und unten sind aber durch die Schwerkraft und somit die Erde oder den fremden Planeten vorgegeben. Unten ist immer dort, wo alles hingezogen wird. Das ist einfach zu erklären. Wenn sich ein Objekt durch die Luft bewegt, tritt Luftreibung auf. Durch diese entsteht wiederum Wärme. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten wird die Luftreibung so groß, dass Objekte verbrennen können, etwa der Meteor in B 12.18 (S. 26). Deshalb müssen auch Flash und sein Trikot absolut feuerfest sein. Sonst würde er nach seinem Sprint nackt in der Gegend rumstehen. Eine Sternschnuppe ist ein Gesteinsstück oder ein Staubkorn aus dem Weltraum, das in die Erdatmosphäre eintritt und aufgrund der Luftreibung und der dabei entstehenden Wärme verglüht. Es ist im Prinzip genauso wie in B 12.28 (S. 26), nur dass das Ding viel kleiner ist. Der Geminidenschauer ist ein jährlich wiederkehrendes Himmelsspektakel, bei dem sehr viele helle Sternschnuppen zu sehen sind. Er findet Mitte Dezember statt und sein Ursprungspunkt liegt im Sternbild Zwillinge (lateinisch: Gemini). Der Geminidenschauer entsteht, weil die Erde jedes Jahr durch einen Bereich aus Staub- und Gesteinspartikel durchfliegt, die von einem Asteroiden namens Phaethon zurückgelassen wurden. Es geht darum, ob Reibung erwünscht ist oder nicht. Wenn es in dieser Situation erwünscht ist, musst du nichts machen. Wenn es nicht passt, kannst du mit Schmieröl (zu viel Reibung) oder Klebeband (zu wenig Reibung) nachhelfen. Diese Flüssigkeit wird auch Gelenksschmiere genannt, und genau das ist auch ihr Zweck. Sie senkt die Reibung zwischen den Gelenksknorpeln ab und schont dadurch das Kniegelenk. A 20 B 20.5 a) Die Erde am Tisch wiegt 200 N. b) Der Tisch auf der Erde wiegt 200 N A 21 A 22 A 23 A 25 A 26 A 27 A 28 A 29 Das Wasser senkt die Reibung (wie in B 13.20 c, S. 42) und lässt dich schneller rutschen. Zwischen Reifen und Boden gibt es dann keine Reibungskraft mehr. Dann ist aber auch keine Geschwindigkeitsänderung mehr möglich, also auch keine Kurvenfahrt, und deshalb kann man nicht mehr lenken. Das ist natürlich extrem gefährlich. Aufgrund der Reibung zwischen dem Rundstab und dem Brett darunter entsteht Wärme. Wenn man geduldig ist, dann kann man mit dieser Wärme leicht brennbare Dinge wie Holzspäne, trockene Blätter oder Heu entzünden. Beide Maßnahmen dienen dazu, um vor allem bei Nässe die Reibungskraft zu erhöhen und somit Unfälle zu vermeiden. Der Elefant erzeugt einen wesentlich höheren Druck als das Mädchen, das war zu erwarten. Der Druck an der Spitze der Nadel beträgt jedoch eine Milliarde N/m2 und ist somit 10.000-mal so groß wie der Druck unter den Elefantenfüßen. Das ist schon sehr verblüffend, oder? Kraft Fläche Druck Elefant 50.000 N 0,5 m2 100.000 N/m2 Mädchen 400 N 0,03 m2 13.333 N/m2 Spritze 2 N 0,000.000.002 m2 1.000.000.000 N/m2 T 20.1 Die Sache mit der Krone lässt sich mit Hilfe des Auftriebs einfach lösen. Dazu brauchst du allerdings einen Klumpen reinen Goldes, der genau so schwer ist wie die Krone (B 13.61 a). Gold hat eine viel höhere Dichte als unedle Metalle (siehe T 13.2, S. 45). Bei gleichem Gewicht hat es daher ein geringeres Volumen und im Wasser weniger Auftrieb. Angenommen die Krone ist nur vergoldet und innen aus Blei. Wenn du beides ins Wasser tauchst (b), dann bekommt die Krone mehr Auftrieb und steigt auf. Wie die Geschichte ausgegangen ist, ist übrigens nicht bekannt. Kapitel 14 Wenn du die Metallkugel nach oben hebst, wandelst du die chemische Energie aus den Muskeln in Hebeenergie um. Wenn die Kugel fällt, wandelt sich die Hebeenergie in Bewegungsenergie und beim Aufprall in Verformungsenergie und Wärme um. Die Menge der Joule in diesem Universum ist konstant. Diese Energie ist quasi mit dem Urknall entstanden. Die Sonne erzeugt daher keine Energie, sie wandelt nur die „Urknall-Energie“ in Strahlungsenergie um. Auch hier bleibt also der Energieerhaltungssatz gültig. Wenn du den Bogen spannst, wird die chemische Energie aus den Muskeln in Verformungsenergie umgewandelt. Beim Auslassen wird diese in Bewegungsenergie umgewandelt, beim Aufprall in Verformungs- und Wärmeenergie. Wenn du die Hände aneinander reibst, dann wandelt sich die chemische Energie der Muskeln zunächst in Bewegungsenergie der Hände um. Diese wird durch die Reibung wiederum vollständig in Wärmeenergie umgewandelt. Ohne Reibung rollt die Kugel immer auf exakt dieselbe Höhe hinauf. Die Bewegungsenergie vom tiefsten Punkt wird dann wieder vollständig in Hebeenergie umgewandelt. Wenn die Kugelbahn rechts waagrecht ist und keine Energie durch Wärme verloren geht, dann rollt die Kugel unendlich weit. Die gesamte Bewegungsenergie bleibt dann erhalten. Im Prinzip ist das das 1. Newtonsche Gesetz (Kap. 12.4, S. 28). Im Alltag kommt das aufgrund der Reibungskraft nicht vor. A 30 A 32 A 33 A 34 A 35 A 36 A 15 A 16 A 17 A 18 A 19 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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